(57)【要約】【課題】液膜に対するレーザ光照射による異物除去において、常に安定した効果で異物を除去することが可能な異物除去方法を提供する。【解決手段】基板Ｗの処理表面Ｗａ上に形成した被着膜Ｓをレーザ光Ｌｈの照射によって局所的に気化膨張させ、レーザ光Ｌｈの照射部近傍の異物ａを被着膜Ｓの気化膨張に伴って除去する方法において、レーザ光Ｌｈを照射する際には、処理表面Ｗａの温度、処理表面Ｗａが接する雰囲気の温度、およびこの雰囲気に供給される水蒸気（物質ガス）の圧力を調整することにより、処理表面Ｗａにおいて水蒸気（物質ガス）を過飽和状態として固相化または液相化させてなる被着膜Ｓの膜厚を所定膜厚ｔに保つ。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の処理表面上に形成した被着膜をレーザ光の照射によって局所的に気化膨張させ、当該レーザ光の照射部近傍の異物を当該被着膜の気化膨張に伴って除去する方法において、
前記レーザ光を照射する際には、前記処理表面の温度、当該処理表面が接する雰囲気の温度、および当該雰囲気に供給される物質ガスの圧力を調整することにより、当該処理表面において当該物質ガスを過飽和状態として固相化または液相化させてなる当該被着膜の膜厚を所定膜厚に保つ
ことを特徴とする異物除去方法。
【請求項２】
請求項１記載の異物除去方法において、
前記基板が配置された密閉状態の処理室内に、前記処理表面を含む当該処理室内におけるにおける露出内壁と略同一温度に保たれた所定量の前記物質ガスを供給して当該処理室内を飽和蒸気圧未満の所定状態に保ち、この状態で当該基板の処理表面を所定温度に冷却することにより、当該処理表面において当該物質ガスを固相化または液相化させて所定膜厚の前記被着膜を形成する
ことを特徴とする異物除去方法。
【請求項３】
請求項２記載の異物除去方法において、
前記処理表面に前記所定膜厚の被着膜を形成した後、前記処理室内を密閉状態に保ちつつ、当該処理室内の温度および圧力を当該被着膜の形成時と同一に保つ
ことを特徴とする異物除去方法。
【請求項４】
請求項２記載の異物除去方法において、
前記処理表面に前記所定膜厚の被着膜を形成した後、前記処理室内の圧力を当該被着膜の形成時と略同一に保ちつつ、所定温度に冷却された前記処理表面と略同一温度で前記物質ガスが飽和蒸気圧に保たれたガスを当該処理室内に供給する
ことを特等とする異物除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は異物除去方法に関し、特には半導体装置等の製造工程で問題となる基板上に付着した極微微細な異物を確実に除去する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程のように微細パターンの形成を伴う工程においては、製造基板や露光マスク等の基板に付着した異物が歩留まりを悪化させる原因となる。このため、薬液を用いたウェット洗浄を行うことにより、基板上の異物を除去する工程が行われている。しかしながら、ウェット洗浄による異物除去は基板表面全体に対して一括した処理が行われるため、基板の全面に対して処理によるダメージの影響が及ぼされる。また、洗浄工程中において一旦除去した異物が再付着し易いため、基板上の異物を数個レベル以下に減少させることが困難である。
【０００３】
そこで従来のウェット洗浄に変わる異物除去方法として、レーザ光照射により局所的な異物除去処理を可能とした複数の方法が提案されている。このうち、基板の処理表面に液体の膜（液膜）を形成し、異物が付着している付近の液膜に対してレーザ光を照射することで液膜を局所的に加熱して気化膨張させて、その膨張による運動エネルギーで異物を除去する方法が知られている。この方法によれば、基板自体がレーザ光を吸収しない材料であっても異物の除去が可能である。しかも、基板自体の加熱を抑制できるため、基板のダメージを防止した異物除去を行うことができる。
【０００４】
以上のような液膜形成を伴う異物除去方法の具体的手順としては、先ず、水を主成分とした高温の蒸気を基板の処理表面に吹き付けて結露させ、液膜を形成する。その後、異物付近の液膜にレーザ光を照射することで、液膜を局所的に加熱し、気化膨張させる。
【０００５】
そして、液膜形成の他の例としては、冷却した基板の処理表面に、常温、常圧で気体の物質を供給し、当該処理表面に液膜または固相状態の膜（以下、合わせて被着膜と称する）を形成しても良い。この場合、基板を収納した状態で密閉に保たれた処理室内に、常温、常圧で気体状態である物質を供給し、この雰囲気下において基板を冷却する。これにより、基板の処理表面において供給された物質を液化または固化させて被着膜を形成する。またこの際、処理表面の温度を調整し、さらに上記物質の圧力を制御することで、被着膜の膜厚が必要以上に厚くなることを防止する（下記特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３２９７００（第１５段落〜第１７段落参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述したレーザ光照射を用いた異物除去方法では、基板の処理表面に形成される液膜などの被着膜の膜厚が不安定であった。
【０００８】
すなわち、基板の処理表面に蒸気を吹き付けて液膜を形成する方法では、蒸気を吹き付ける時間によって液膜の膜厚が変化するが、蒸気の吹き付けを停止した場合には、処理基板の表面からの蒸発によって液膜が減少する。このため、処理表面に結露する水分量が不安定であるだけではなく、時間経過と共に液膜の膜厚が変化する。また、処理表面における水分量の分布も不安定である。
【０００９】
そして、常温、常圧で気体の物質の雰囲気下において基板を冷却する方法では、処理表面における被着膜の膜厚分布は平均化されるものの、その膜厚自体が制御されておらず不安定であることは同様である。
【００１０】
そして、このように基板の処理表面に形成される液膜などの被着膜の膜厚が不安定であると、安定した異物の除去効果を得ることが困難である。つまり、被着膜の膜厚が厚すぎる場合には、照射したレーザ光が厚膜の被着膜で吸収されるため、異物の除去に充分な量の被着膜を気化、膨張させることができず、この結果として異物を除去する効果が低下する。また、被着膜の膜厚が薄すぎる場合には、被着膜の気化膨張量自体が少なく、この結果として異物を除去する効果が低下するのである。
【００１１】
そこで本発明は、液膜に対するレーザ光照射による異物除去において、常に安定した効果で異物を除去することが可能な異物除去方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このような目的を達成するための本発明の異物除去方法は、レーザ光の照射によって基板の処理表面上の被着膜を局所的に気化膨張させ、当該レーザ光の照射部近傍の異物を除去する方法に関する。特に本発明は、レーザ光を照射する際には、被着膜の膜厚を所定膜厚に保つことを特徴としている。被着膜の膜厚は、処理表面の温度、当該処理表面が接する雰囲気の温度、および当該雰囲気に供給される物質ガスの圧力を調整することにより制御する。ここで被着膜は、処理表面において物質ガスを過飽和状態として固相化または液相化させてなることとする。
【００１３】
以上の異物除去方法では、レーザ光を照射する際には被着膜の膜厚を所定膜厚に保つ構成としたことにより、レーザ光照射による被着膜の気化膨張を所定の膨張量に制御した異物除去が行われる。これにより、被着膜が厚すぎたり薄すぎた場合の当該被着膜の膨張量不足を防止し、最適な膨張量での異物除去が行われるようになる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように本発明の異物除去方法によれば、液膜の膨張量を一定に保った異物除去が行われるため、常に安定した効果での異物除去を行うことが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。ここでは、半導体装置の製造工程中において、単結晶シリコンからなる基板Ｗの処理表面における異物を除去する場合を例示して本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
＜装置概要＞
まず、異物除去方法の実施の形態を説明するのに先立ち、この異物除去方法に用いられる処理装置の構成を図１に基づいて説明する。
【００１７】
図１に示す処理装置１は、異物除去が行われる処理室１１を備えている。この処理室１１は、内部が密閉状態に保たれると共に、外壁の温度が自在に調整可能である。また、ここでの図示を省略したゲートバルブが設けられており、処理対象となる基板Ｗの出し入れが可能である。
【００１８】
この処理室１１には、その底面にあたる位置に、レーザ光を透過させる材質からなる光学窓１２が設けられている。この光学窓１２は、次に説明する異物除去処理に用いられる波長のレーザ光Ｌｈを透過すれば良い。このため、例えば、以降において説明するように、レーザ光Ｌｈとして波長３μｍ程度のエルビウム（Ｅｒ）：ＹＡＧレーザを用いる場合には、シリコン（Ｓｉ）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）等を用いて光学窓１２が構成されていることとする。
【００１９】
また処理室１１には、ガス供給機構１３とガス排気機構１４とが設けられている。このうち、ガス供給機構１３は、バルブ１３ａを備えて、温度を調整したガスを自在に供給可能な構成となっている。ここで、以下で説明する異物除去方法においては、処理表面上に水蒸気を液相化または固相化させてなる被着膜を形成する。このため、このガス供給機構１３は、例えば物質ガスとしての水蒸気を生成する手段、およびキャリアガスを供給する手段を備えていることとする。そして、所定量の水蒸気（物質ガス）とキャリアガスとが、所定温度に加熱された状態で処理室１１内に供給される構成となっている。一方、ガス排気機構１４は、バルブ１４ａを備えて、処理室１１内のガスを自在に排気可能な構成となっている。
【００２０】
以上のように構成された処理室１１の内部には、基板Ｗを保持するためのチャック機構を備えたステージ１５が設けられている。このステージ１５は、基板Ｗの温度を自在に調整可能な温調機能を備えていることとする。ここでは特に、基板Ｗを所定温度に冷却可能な温調機能であることとする。また、このステージ１５における基板Ｗの保持方式は、ステージ１５の温度が基板Ｗに効率よく伝わり、基板Ｗの温度制御が容易であれば、静電式チャッキング方式や複数の爪によって押さえる方式、リング形状の押さえ金具で基板Ｗの外周を押さえる方式などどのような方法でも良い。
【００２１】
さらに、ステージ１５は、光学窓１２に対して対向配置させる状態で基板Ｗを下向きで保持する構成となっている。これにより、このステージ１５に保持した基板Ｗの処理表面Ｗａへの、異物の落下付着を防止している。ここで、ステージ１５と光学窓１２との配置関係は、このような対向配置される場合に限定されることはない。例えば、ステージ１５および基板Ｗが、次に説明するレーザ光Ｌｈを透過する材料からなる場合には、図示した例においては処理室１１の天面側を光学窓１２としても良い。また、ステージ１５の向きも、基板Ｗを下向きで保持する構成に限定されることはない。
【００２２】
尚、処理室１１内のステージ１５に対する基板Ｗの着脱は、ここでの図示を省略した基板搬送用ロボットによって行われることとする。このような基板搬送ロボットは、当該処理装置１に設けられた物であっても良いし、別構成として設けられた物であっても良い。
【００２３】
そして、上述した処理室１１の外部には、ここでの図示を省略したレーザ発振器が設けられている。そして、レーザ発振器の集光レンズ１６ａで集光されたレーザ光Ｌｈが、処理室１１内のステージ１５に保持された基板Ｗの被処理面Ｗａ上に、光学窓１２を介して照射される構成となっている。尚、このレーザ発振器には、目的波長のレーザ光を発振するものであり、例えばエルビウム（Ｅｒ）：ＹＡＧレーザ発振器であることとする。また、この処理室１１の外部には、このような異物処理用のレーザ発振器と共に、基板Ｗの処理表面Ｗａに対するレーザ光Ｌｈの照射位置を特定するためのアライメント用のレーザ光を発振するレーザ発振器が設けられていることが好ましい。
【００２４】
以上のような構成の処理装置によれば、処理室１１内のステージ１５上に保持された基板Ｗの処理表面Ｗａを、ステージ１５の温調機能によって所定温度に保持することができる。また、処理室１１内を所定温度に保つことができると共に、この処理室１１内の雰囲気の温度および圧力を所定状態に保つことが出来る。したがって、基板Ｗの処理表面Ｗａの温度、処理表面Ｗａが接する雰囲気の温度、およびこの雰囲気に供給される物質ガスの圧力を調整しつつ、処理表面Ｗａ側に対してレーザ光Ｌｈを照射した処理を行うことが可能である。
【００２５】
＜第１実施形態＞
次に、このような構成の処理装置を用いた異物除去方法の第１実施形態を、図１を参照しつつ説明する。
【００２６】
（１）基板Ｗを処理室１１内のステージ１５に保持させる工程
ここでは、処理室１１およびステージ１５を同一温度にした後、基板Ｗを処理室１１内に搬入してステージ１５に保持させる。この際、処理室１１およびステージ１５の温度は、基板１１を処理室１１内に搬入する際に処理室１１内に巻き込まれた外気が、処理室１１内の露出壁面に結露、吸着することのない温度に設定されることとする。
【００２７】
そして、ステージ１５に対して基板Ｗを保持させ、処理室１１内を密閉状態とした後、処理室１１内のガス(大気)をガス排気機構１４から排出する。この際、必要に応じて、ガス供給機構１３から低湿度に調整されたガス（例えば窒素ガス）を供給しながら、処理室１１内の排気を行っても良い。
【００２８】
（２）処理室１１内に物質ガスを充填する工程
次に、処理室１１内壁の温度とステージ１５および基板Ｗの温度とを、所定温度に調整した後、所定温度に調整した水蒸気（物質ガス）およびキャリアガスを、ガス供給機構１３から処理室１１内に供給する。このときの水蒸気およびキャリアガスの温度は、処理室１１内の露出壁面に対する水蒸気の結露を防止するために、処理室１１内壁の温度とステージ１５および基板Ｗの温度と同一であることが好ましいが、このような結露が生じない温度範囲で有れば良い。尚、キャリアガスとしては、物質ガスよりも沸点および融点が充分に低いガスを用いることとする。また、このキャリアガスとしては、後のレーザ光照射による処理表面の酸化を防止するために酸素を含有しないガスを用いるこが好ましい。このような点から、キャリアガスとしては、例えば窒素ガスが用いられることとする。
【００２９】
以上のような処理室１１内への物質ガス充填の一例として、例えば、処理室１１内壁、ステージ１５、および基板Ｗの温度を２５℃に保った状態で、温度が２５℃、相対湿度が９０％に調整された窒素ガス（つまり物質ガスとしての水蒸気を含むガス）を、ガス供給手段１３から処理室１１内に供給する。
【００３０】
尚、以上のように処理室１１内に水蒸気（物質ガス）を供給する前に、低湿度に調整されたガス（例えば窒素ガス）を処理室１１内に供給していた場合、処理室１１の露出壁面における吸着水分量が減少している。このため、上述したように処理室１１内に物質ガスを供給し始めると、処理室１１の露出壁面に、微量の水分が吸着する。このため、ガス供給機構１３から所定の温度、湿度の窒素ガスを供給しながら、ガス排気機構１４から排気することで、処理室１１内の雰囲気温度と湿度とを平衡状態にした後、ガス排気機構１４およびガス供給口を閉じて、常圧(1気圧)の圧力で所定温度（２５℃）、所定湿度（９０％）のガスを封入する。これにより、処理室１１の露出壁面に、微量の水分が吸着することによって、チャンバー内部のガスのガス状態（温度、湿度、圧力）が供給したガスのガス状態から変化する（主に、湿度が低下してしまう）ことを防止することができ、チャンバー内部の水蒸気（物質ガス）の状態が、たとえば実施例の場合、供給した常圧(1気圧)の圧力で所定温度（２５℃）、所定湿度（９０％）のガス状態に正確にコントロールできるようになる。
【００３１】
以上のようにして、処理室１１の露出壁面への結露を防止しつつ、処理室１１内に水蒸気を供給し、処理室１１内の水蒸気（物質ガス）を飽和水蒸気圧未満（飽和水蒸気量未満）の状態に保つ。
【００３２】
（３）処理表面Ｗａに物質ガスを結露させる工程
以上のように処理室１１内の雰囲気を制御した状態で、ステージ１５の温調手段によって基板Ｗの処理表面Ｗａを所定温度にまで冷却する。このような処理表面Ｗａの冷却により、処理表面Ｗａ近傍の雰囲気温度も低下さする。これにより、図２に示すように、処理表面Ｗａにおいて水蒸気（物質ガス）を液相化させることで、所定膜厚ｔの水膜を被着膜Ｓとして形成する。
【００３３】
ここで、処理室１１内の雰囲気は、１気圧、２５℃、相対湿度９０％に保たれており、飽和水蒸気量は２２．８ｇ／ｍ3に対して、２０．５ｇ／ｍ3の水蒸気量となっている。このため、飽和水蒸気量が２０．５ｇ／ｍ3になるまで処理表面Ｗａが冷却されたところで、処理表面Ｗａに結露が発生し始める。尚、実際には、過冷却現象などがあるため、ガスの流れや揺らぎなどによって結露が開始される温度は変化することになる。
【００３４】
そして、処理表面Ｗａへの結露が進むと、結露することで雰囲気中の水蒸気量（物質ガス量）が減少する。このため、所定温度に冷却された処理表面Ｗａに対しての結露量（すなわち、水膜からなる被着膜Ｓの膜厚ｔ）は、ある値でほぼ安定する。この膜厚ｔの上限としては、（ａ）処理基板Ｗａを冷却する前の初期に設定した処理室１１内の水蒸気量と、（ｂ）冷却した処理表面Ｗａと周辺の雰囲気とが同一温度となった場合の飽和水蒸気量との差分に、（ｃ）処理室１１の容量を掛け合わせた量の水蒸気が、最大量としてウエーハ表面に結露することになる。
【００３５】
例えば、上述した例においては、（ａ）の初期に設定した処理室１１内の水蒸気量は２０．５ｇ／ｍ3である。そして、基板Ｗにおける処理表面Ｗａを１０℃に冷却してその周辺の雰囲気を１０℃とした場合、（ｂ）の飽和水蒸気量は９．３ｇ／ｍ3である。そして、（ｃ）処理室１１の容量が５×１０-4ｍ3であるとする。この場合、処理表面には、［（ａ）２０．５ｇ／ｍ3−（ｂ）９．３ｇ／ｍ3]×（ｃ）５×１０-4ｍ3＝５．６×１０-3ｇの水分が結露することになる。このため、基板Ｗの大きさが、直径２００ｍｍφであるとした場合、最大約０．１２μｍの膜厚ｔの水膜からなる被着膜Ｓが形成されることになる。
【００３６】
以上のように、密閉された処理室１１内に所定量の水蒸気（物質ガス）を供給した状態で、処理表面Ｗａの冷却温度を調整することにより、所定膜厚ｔの被着膜Ｓを形成することができる。ここで、被着膜Ｓの膜厚ｔとしては、次にレーザ光を照射して被着膜Ｓを気化膨張させた場合に、この気化膨張と共に処理表面Ｗａに付着している除去対象となる異物ａを充分に除去できる程度の膜厚であることとする。例えば１μｍ以下の大きさの異物ａが除去対象となっている場合、被着膜Ｓはこれと同程度の膜厚ｔであって良く、数μｍ〜０．１μｍ程度とする。
【００３７】
尚、ここでは、処理表面Ｗａの冷却温度を氷点以下とすることで、処理表面Ｗａに水蒸気を所定膜厚ｔで固相化させた被着膜Ｓを形成しても良い。
【００３８】
（４）レーザ光照射による異物除去の工程
以上のようにして処理表面Ｗａに所定膜厚ｔの被着膜Ｓを形成した状態で、処理表面Ｗａの温度を制御しながら、処理表面Ｗａにおいて異物ａが付着している部分にレーザ光Ｌｈを照射する。これにより、レーザ光Ｌｈを照射した領域の被着膜Ｓを局所的に加熱して気化膨張させ、そのエネルギーによって処理表面Ｗａから異物ａを除去する。
【００３９】
特に本第１実施形態においては、この工程中において、処理室１１内を密閉状態に保ち、かつ処理表面Ｗａの温度を所定温度に冷却させて一定に保つこと、および処理室１１内における処理表面Ｗａ以外の露出表面を（２）（３）の状態に維持して内部の雰囲気温度を（２）（３）の状態に維持する。そしてこれにより、被着膜Ｓの膜厚を、以下に説明する複数個所へのレーザ光Ｌｈの照射の繰り返し工程中にわたって、安定的に所定膜厚ｔに保つことが重要である。
【００４０】
ここで、被着膜Ｓに照射するレーザ光Ｌｈは、被着膜Ｓに吸収される波長を有し、基板Ｗに吸収されない波長であることが好ましい。図３には、レーザ光Ｌｈの波長［Wave length］と、各材料に対する吸収率［Absorption］および侵入深さ［Penetration depth］を示す。このグラフに示すように、被着膜Ｓを構成する水［Water］や氷［Ice］に対しては、波長３μｍ程度のＥｒ：ＹＡＧレーザが非常に高い吸収と短い侵入深さを示し、被着膜を効率的に加熱できることが判る。その一方、Ｅｒ：ＹＡＧレーザは、基板Ｗを構成するシリコン［Ｓｉ］や、このグラフでの図示は省略した酸化シリコン（ＳｉＯ2）にほとんど吸収されず、レーザ光Ｌｈ照射によって加熱されて基板Ｗにダメージが加わることを防止できる。したがって、ここでは一例として、波長３μｍ程度のＥｒ：ＹＡＧレーザを、異物除去のためのレーザ光Ｌｈとして被着物Ｓに照射することとする。
【００４１】
この際、予め確認されている異物ａの付着箇所を含むその近傍にレーザ光Ｌｈの照射位置を位置合わせしながら、被着膜Ｓに集光させる状態でレーザ光Ｌｈを照射する。これにより、各位置に付着している異物ａを順次除去する。尚、レーザ光Ｌｈの照射位置、つまり除去対象となる異物ａの付着位置は、予め、欠陥検査装置や表面検査装置にて測定しておき、その情報を基にレーザ光Ｌｈの照射を行うこととする。また、処理表面Ｗａに対するレーザ光Ｌｈの照射角度は、例えば９０°であることとする。
【００４２】
また、レーザ光Ｌｈは、パルス照射されることとする。レーザ光Ｌｈの光強度（パルス高さ）は、処理表面Ｗａ上に形成した被着膜Ｓの膜厚ｔによって適切に設定される。つまり、被着膜Ｓの膜厚ｔが厚くなると、この被着膜Ｓを十分な量で気化膨張させるためのエネルギーが多く必要になる。このため、照射するレーザ光Ｌｈのエネルギー密度を大きくする必要がある。例えば、水膜からなる被着膜Ｓの膜厚ｔが０．５μｍの場合、この被着膜Ｓを気化膨張させるためには１７０ｍＪ／ｃｍ2程度以上のエネルギーが必要になる。
【００４３】
実際には、レーザ光Ｌｈの照射によって被着膜Ｓを急激に加熱することで、被着膜Ｓを急激に気化膨張させ、この急激な体積膨張の運動エネルギーによって異物ａを効果的に除去するためには、被着膜Ｓの気化に必要なこの値の数倍以上の強度のエネルギーでレーザ光Ｌｈを照射することが望ましい。
【００４４】
ここで、上述したような急激な体積膨張によって異物ａの除去効率を高めるためには、短時間に急激に温度上昇させることが望ましい。つまり、基板Ｗに影響を与えない程度の範囲でパルス高さが充分に高い、すなわち、単位時間当たりの光強度が高い、レーザ光Ｌｈを、小さいパルス幅で与えることが好ましい。これにより、パルス幅が長すぎることでレーザ光Ｌｈの照射領域の被着膜Ｓが気化しきった後で照射される無駄なレーザ光Ｌｈが照射されることが防止され、また余分なレーザ光Ｌｈが照射されることによる基板Ｗのダメージを極力防止することができる。尚、パルス高さが低い場合には、被着膜Ｓの気化速度が遅くなり、異物ａを除去する効果が低くなる場合もあるため、必要充分な高さであることとする。
【００４５】
尚、レーザ光Ｌｈの照射は、単一のパルスではなく、連続した複数のパルスとしても良い。また、単一光源からのレーザ光Ｌｈを照射することに限定されず、複数の光源から同時に、あるいは時間差を付けて、またさらには異なるパルス幅のレーザ光を照射するようにしても良い。
【００４６】
そして、以上のようなレーザ光Ｌｈの照射により、被着膜Ｓを局所的に加熱して気化膨張させ、そのエネルギーによって処理表面Ｗａから除去された異物ａは、下向きの方向成分を持って飛び出す、また、ウエーハ表面が鉛直下向きになっているため、重力の作用も伴って、再び、ウエーハ表面に付着することはない。
【００４７】
尚、レーザ光Ｌｈは、各異物ａが付着している限られた領域のみ照射されるので、処理表面Ｗａにおける局所的な領域の被着膜Ｓが部分的に気化するだけであり、他の被着膜Ｓ部分はそのまま残留する。
【００４８】
また、以上説明した工程においては、異物ａ除去のために照射されるレーザ光Ｌｈ（ここではＥｒ：ＹＡＧレーザ）の他に、このレーザ光Ｌｈの集光点を確認するための、補助のレーザ光をガイドとして用いても良い。ただし、このガイド用のレーザ光によって、被着膜Ｓが蒸発することのないように、被着膜Ｓに対して吸収が小さい波長ウエーハ表面の水分がなるべく蒸発しないように、ガイド用のレーザ光の波長および出力を選定することが重要である。
【００４９】
（５）処理表面Ｗａ上の被着膜Ｓを除去する工程
以上のようにして処理表面Ｗａ上の全ての異物ａを除去した後、被着膜Ｓを気化させることにより処理表面Ｗａ上から除去する。この際、ガス供給機構１３から処理室１１内に乾燥窒素を供給すると共に、ガス排気機構１４から処理室１１内のガスを排気する。これにより、処理表面Ｗａ上の被着膜Ｓは、水であれば気化し氷であれば昇華により気化する。また必要に応じて、処理室１１内に供給する乾燥窒素を加温したり、基板Ｗの温度を上昇させて気化速度を速めても良い。
【００５０】
（６）基板Ｗを処理室１１内から取り出す工程
次に、処理表面Ｗａ上の被着膜Ｓが十分に気化して除去された後、ステージ１５の温調機能により、基板Ｗの温度を、処理室１１内温度、処理室１１の内壁温度と同程度にし、（１）の初期状態と同様にする。その後、処理室１１内から基板Ｗを取り出し、処理を終了させる。
【００５１】
以上の第１実施形態によれば、上述した（４）レーザ光照射による異物除去の工程において、被着膜Ｓに対してレーザ光Ｌｈを繰り返し照射して異物除去を行う際に、被着膜Ｓの膜厚が終始安定した所定膜厚に保たれる。これにより、レーザ光Ｌｈ照射による被着膜Ｓの気化膨張量を安定量に保たれ、常に安定した効果での異物除去を行うことが可能になる。
【００５２】
＜第２実施形態＞
本第２実施形態が上述した第１実施形態と異なるところは、上記（４）レーザ光照射による異物除去の工程において、処理室１１内にガスを流すところにある。
【００５３】
すなわち、第２実施形態においては、（３）処理表面Ｗａに物質ガスを結露させる工程において処理表面Ｗａに被着膜Ｓを所定膜厚ｔで形成した状態で、次の（４）の工程で、
処理室１１内の圧力を維持しつつ、処理表面Ｗａと同温度でかつその温度において飽和水蒸気量となるような窒素ガスをガス供給機構１３から処理室１１に供給する。
【００５４】
このようなこのような方法であっても、処理表面Ｗａの被着膜Ｓの膜厚ｔが変化することはない。このため、第１実施形態と同様に、被着膜Ｓを所定の膜厚ｔに保った状態で、レーザ光Ｌｈ照射による異物ａの除去が繰り返し行われ、同様の効果を得ることができる。また、（４）レーザ光照射による異物除去の工程において、処理室１１内にガス流が形成されることにより、レーザ光Ｌｈの照射によって処理表面Ｗａから下方向に向かって放出された異物ａを、ガス流によって処理室１１内から排出することも可能になる。
【００５５】
尚、上述したように、（４）レーザ光照射による異物除去の工程において、処理室１１内にガス流を形成する場合、処理装置１におけるガス排気機構１４に駆動部を設け、排気口がレーザ光Ｌｈの照射部付近に移動可能な構成としても良い。これにより、レーザ光Ｌｈの照射によって処理表面Ｗａから下方向に向かって除去された異物ａを、排気口から吸引して直ちに処理室１１内から排出することが可能になる。
【００５６】
＜第３実施形態＞
本第３実施形態が上述した第１実施形態と異なるところは、被着膜Ｓとして水に他の物質を含有させるところにある。
【００５７】
すなわち、被着膜Ｓとして水膜を形成する場合に、被着膜Ｓの表面張力を低下させることを目的として、アセトニトリル、アセトン、１−ブタノール、１−プロパノール、２−プロパノール（ＩＰＡ）、エタノール、メタノールなどの有機溶媒を混ぜるのである。この場合、被着膜Ｓを構成する物質ガスとして、水蒸気とともにこれらの有機溶媒の蒸気を処理室１１内に供給する構成とする。
【００５８】
このような構成の第３実施形態によれば、処理表面Ｗａが疎水性の表面の場合であっても、処理表面Ｗａに結露した水が凝集し難くなり、処理表面Ｗａ内において均一な膜厚ｔの被着膜Ｓを形成してこの膜厚ｔを維持することが可能になる。そして、このような効果は、特にＩＰＡなどの、揮発性が高く、水と親和性の高い、低表面張力の有機溶媒を選択して用いることで効果的に得られる。
【００５９】
＜第４実施形態＞
本第４実施形態が、上述した第１実施形態と異なるところは、異物ａが付着している付近の被着膜Ｓのみにレーザ光ｈを集光させるのではなく、被着膜Ｓに対して面状にレーザ光を照射するところにある。
【００６０】
すなわち、レーザ光Ｌｈの光源強度が十分高い場合は、被着膜Ｓに対して面状にレーザ光Ｌｈを照射することで、広い範囲に付着した複数の異物ａを一度に除去するのである。この場合、照射位置をずらした複数回のレーザ光Ｌｈ照射により、処理表面Ｗａの全面にレーザ光Ｌｈを照射しても良い。またレーザ光Ｌｈの光源強度がさらに高い場合には、全面に一括してレーザ光Ｌｈを照射しても良い。
【００６１】
処理表面Ｗａの全面にレーザ光Ｌｈを照射する構成とした場合には、異物ａが付着している箇所を、欠陥検査装置や表面検査装置で予め測定する必要はない。また、全面に一括してレーザ光Ｌｈを照射する構成とした場合には、レーザ光Ｌｈの照射に同期させて、処理室１１内の排気を行うか、さらにガスの供給を行うことで、処理室１１内にガス流を形成する。これにより、処理表面Ｗａから同時に除去された複数の異物ａの、処理表面Ｗａへの再付着を防止する。
【００６２】
＜第５実施形態＞
本第５実施形態が、上述した第１実施形態と異なるところは、被着膜Ｓに対してレーザ光Ｌｈを斜め方向の入射角度θ＜９０°から照射するようにしたところにある。図４に示すように、結露などによって処理表面Ｗａに形成される被着膜Ｓの膜厚ｔは、第１実施形態で説明したように数μｍ〜１０μｍと薄い。このため、レーザ光Ｌｈの入射角度θ＜９０°とすることにより、入射角度θ＝９０°の場合と比較して、被着膜Ｓ中をレーザ光Ｌｈの通過距離ｄを長くすることができる。つまり、入射角度θ＝９０°の場合の通過距離ｄ＝ｔに対して、入射角度θ＞９０°の場合の通過距離ｄ＝t/cosθとなる。
【００６３】
これにより、被着膜Ｓにおけるレーザ光Ｌｈの実質的な吸収率が向上するので、効率よく被着膜Ｓを加熱し、気化膨張させることができるようになる。尚、これは、レーザ光Ｌｈを集光させている場合でも同様である。
【００６４】
＜第６実施形態＞
本第６実施形態においては、被着膜Ｓに照射するレーザ光Ｌｈを、照射面内において非対称な光強度分布とする構成としている。
【００６５】
すなわち、上述した各実施形態で一例として用いている波長３μｍ程度のレーザ光Ｌｈは、被着膜Ｓに対して集光させて照射した場合であっても、集光の原理的な限界によって最小値として３μｍφ程度までにしか集光できない。また、その集光面上の強度分布は、通常、中心部分の光強度が高く、周辺部分で光強度が低下することが知られている。例えば、光強度分布はガウシアン分布などや、それに近い分布をする場合が多い。
【００６６】
ここで照射範囲で回転対称の強度分布をもつレーザ光Ｌｈが、その回転対称軸がパーティクル位置に一致するように入射角度θ＝９０°で異物ａの直上から照射されることを考えた場合、レーザ光照射による被着膜Ｓの成分の気化は、その膜厚ｔに面内分布が無ければ、異物ａの全方向で略均等な分布で気化することになる。この場合、異物ａに対しては、被着膜Ｓの気化膨張に伴う圧力が水平面方向の全方向から均一に作用することになり、その圧力はお互いに打ち消し合ってしまうため、効果的に異物ａを除去することができない。
【００６７】
したがって、本第６実施形態のように照射面内において非対称な光強度分布を有するレーザ光Ｌｈを照射する構成とすることで、上述したような異物ａの周辺においての被着膜Ｓの気化膨張のタイミングに分布を生じさせることができる。これにより、異物ａに対する被着膜Ｓの気化膨張に伴う圧力の打ち消し合いが防止されるため、効果的な異物ａの除去を行うことができる。
【００６８】
尚、レーザ光Ｌｈの照射面内における光強度分布を非対称とするには、強度の異なる２つのレーザ光Ｌｈを異物ａに対して照射することによっても実現可能である。そして、以上のような効果は、異物ａに対するレーザ光Ｌｈの照射位置を、直上からではなくわずかに水平方向にずらした位置とすることによっても、得ることができる。
【００６９】
＜第７実施形態＞
本第７実施形態が、上述した第１実施形態と異なるところは、図５に示すように、基板Ｗの裏面側から照射したレーザ光Ｌｈを、基板Ｗを透過させて被着膜Ｓに対して照射するところにある。
【００７０】
すなわち、ここで処理する基板Ｗがレーザ光Ｌｈを透過するものである場合、図１に示した処理装置１において、基板Ｗを保持するステージ１５、さらにはステージ１５が固定されている側の処理室１１の壁面を、レーザ光Ｌｈを透過する材料で構成する。第１実施形態において一例として示した波長３μｍ程度のレーザ光Ｌｈは、単結晶シリコンからなる基板Ｗを透過する。この場合、ステージ１５およびこれが固定されている側の処理室１１の壁部を、シリコンや酸化シリコン（ＳｉＯ2）で構成する。そして、ステージ１５側における処理室１１の外側から、処理表面Ｗａ上の被着膜Ｓに対してレーザ光Ｌｈを照射する。
【００７１】
このような構成によれば、処理表面Ｗａに近い側の被着膜Ｓ部分が、表面側よりも早く加熱されて気化膨張し、異物ａを処理表面Ｗａから持ち上げる方向の力が、より早く生じることになる。したがって、異物ａを除去する効果をより高めることができる。しかも、レーザ光Ｌｈが異物ａを透過しない場合であっても、異物ａと処理表面Ｗａとの間の被着膜Ｓ部分が効果的に加熱されて気化膨張し、最も効果的に処理表面Ｗａから異物ａを持ち上げる方向の力を生じさせることが可能である。
【００７２】
＜第８実施形態＞
本第８実施形態が、上述した第１実施形態と異なるところは、異物ａの除去に用いるレーザ光として、上述したような被着膜Ｓに対して吸収されやすい波長（一例として波長３μｍ）のレーザ光Ｌｈとともに、基板Ｗにまで達して当該基板Ｗにおいて吸収され易い波長のレーザ光Ｌｈ’を用いるところにある。
【００７３】
すなわち、被着膜Ｓに対して吸収されやすい波長３μｍのレーザ光Ｌｈを被着膜Ｓに対して照射すると同時に（またはこれに先駆けて）、被着膜Ｓを透過して基板Ｗで吸収され易い波長のレーザ光Ｌｈ’を基板Ｗに対して照射する。ここで、基板Ｗで吸収されやすい波長とは、図３を参照し、基板Ｗがシリコンからなる場合には、シリコンによる吸収の大きい波長３００ｎｍ程度のレーザ光Ｌｈ’が好ましい。また、基板Ｗがシリコン酸化膜からなる場合には、波長１００ｎｍや波長１０μｍのレーザ光Ｌｈ’が好ましい。ただし、このようなレーザ光Ｌｈ’の光強度を強くし過ぎると、基板Ｗにダメージが入るため、このレーザ光Ｌｈ’は補助的に用いることとする。
【００７４】
そして以上のように、基板Ｗで吸収されやすいレーザ光Ｌｈ’が照射されると、基板Ｗの表面が光のエネルギーを吸収して熱が発生し、その熱によって被着膜Ｓが処理表面Ｗａ側から加熱される。また、これと同時またはその直後に、被着膜Ｓに吸収され易い波長のレーザ光Ｌｈを照射することにより、このレーザ光Ｌｈによって被着膜Ｓが加熱される。したがって、被着膜Ｓは、基板Ｗとの界面側において上述した２種類のレーザ光Ｌｈ，Ｌｈ’の作用によって加熱される。
【００７５】
特に、レーザ光Ｌｈ’を照射した後にレーザ光Ｌｈを照射する手順であれば、基板Ｗとの界面側が既に加熱されている被着膜Ｓに対して、レーザ光Ｌｈが照射されることになる。このため、レーザ光Ｌｈの照射によって、処理表面Ｗａに近い側の被着膜Ｓ部分が、表面側よりも早く気化膨張する温度にまで加熱され、異物ａを処理表面Ｗａから持ち上げる方向の力が、より早く生じることになる。したがって、異物ａを除去する効果をより高めることができる。
【００７６】
尚、被着膜Ｓに対して吸収されやすい波長（一例として波長３μｍ）のレーザ光Ｌｈが、基板Ｗを透過するのであれば、第７実施形態と組み合わせて、このレーザ光Ｌｈを基板Ｗの裏面側から照射し、もう一方のレーザ光Ｌｈ’を被着膜Ｓ側から基板Ｗに照射する構成としても良い。
【００７７】
＜第９実施形態＞
本第９実施形態が、上述した各実施形態と異なるところは、異物ａの除去に用いるレーザ光の一例として、被着膜Ｓと基板Ｗの両方に吸収され易く、かつ被着膜Ｓにおける侵入深さが浅い波長のレーザ光Ｌｈを用いるところにある。
【００７８】
すなわち、基板Ｗがシリコン（Ｓｉ）または酸化シリコン（ＳｉＯ2）からなり、被着膜Ｓが水膜または氷膜からなる場合、例えば波長１６０ｎｍのレーザ光Ｌｈを用いる。図６に示すように、波長１６０ｎｍのレーザ光Ｌｈは、シリコン［Ｓｉ］，水［Water］，および氷［Ice］に対する吸収率［Absorption］が大きく、水［Water］，および氷［Ice］に対する侵入深さ［Penetration depth］が小さい。このような波長のレーザ光Ｌｈを用いる場合には、被着膜Ｓ側からレーザ光Ｌｈを照射することとする。
【００７９】
このような構成とすることにより、被着膜Ｓ側から照射された波長１６０ｎｍのレーザ光Ｌｈは、被着膜Ｓにおいてその大部分が吸収されて被着膜Ｓを加熱するエネルギーに変化される。このため、被着膜Ｓを効率良く気化膨張させることが可能である。また、このレーザ光Ｌｈは、被着膜Ｓにおいてその大部分が吸収されるため、基板Ｗにダメージを与えることもない。
【００８０】
＜第１０実施形態＞
本第１０実施形態が、上述した第１実施形態と異なるところは、（３）処理表面Ｗａに物質ガスを結露させる工程において、処理室１１内の圧力を変化させるところにある。
【００８１】
すなわち、本第２実施形態においては、（２）処理室１１の露出壁面への結露を防止しつつ処理室１１内の水蒸気（物質ガス）を飽和水蒸気圧未満（飽和水蒸気量未満）の状態に保った状態で、次の（３）の工程において水蒸気（物質ガス）の分圧を所定の圧力にまで高める。これにより、処理表面Ｗに所定膜厚ｔの被着膜Ｓを形成する。この際、ステージ１５の温調機能を用いて処理表面Ｗを所定温度にまで冷却する手法を組み合わせても良い。
【００８２】
これにより、処理表面Ｗの冷却のみでは、所定膜厚ｔの被着膜Ｓが得られない場合であっても、処理室１１内における水蒸気（物質ガス）の分圧を高めることによって被着膜Ｓを所定膜厚ｔとすることが可能である。
【００８３】
尚、上述した各実施形態は、適宜組み合わせて実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の異物除去方法に用いる処理装置の構成図である。
【図２】本発明の異物除去方法を示す断面図である。
【図３】レーザ光の波長［Wave length］に対する、各材料の吸収率［Absorption］および侵入深さ［Penetration depth］を示すグラフ（その１）である。
【図４】第４実施形態におけるレーザ光の照射による効果を説明する断面図である。
【図５】第７実施形態の異物除去方法におけるレーザ光の照射を示す断面図である。
【図６】レーザ光の波長［Wave length］に対する、各材料の吸収率［Absorption］および侵入深さ［Penetration depth］を示すグラフ（その２）である。
【符号の説明】
【００８５】
１１…処理室、ａ…異物、Ｌｈ…レーザ光、Ｓ…被着膜、ｔ…膜厚、Ｗ…基板、Ｗａ…処理表面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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